RFID技術在制絲加香加料防錯牌系統的應用

Application of Radio Frequency Identification for Brand Error Prevention System

for Cut Tobacco Aromatizing Process

吳雄勁

(廈門煙草工業有限責任公司，福建 廈門　361022)

RFID技術在制絲加香加料防錯牌系統的應用

Application of Radio Frequency Identification for Brand Error Prevention System

for Cut Tobacco Aromatizing Process

吳雄勁

(廈門煙草工業有限責任公司，福建 廈門361022)

摘要：目前，基于移動罐的加香加料方式已被廣泛使用在煙草制絲生產線上。為了確保移動罐加香加料生產過程中信息傳遞的準確性，避免發生錯牌工藝事故，建立了基于RFID的加香加料防錯牌系統。研究了移動罐加香加料的生產過程，通過RFID和PLC技術實現香料信息編碼及相關數據的讀/寫和校驗，在保障香料牌號信息的正確存取和傳遞的基礎上實現信息校驗功能。投入使用后發現，防錯牌系統能保障加香加料信息的準確性，降低了人工成本，為產品品質提供了技術保障，具有一定的推廣價值。

作者吳雄勁(1986-)，男，2007年畢業于山東大學自動化專業，獲學士學位，工程師；主要從事煙草制絲設備的研究。

關鍵詞：煙草制絲線移動罐罐裝無線射頻識別技術加香加料防錯牌香料信息

Abstract：At present, the aromatizing process based on moving jar filling mode has been widely used for cut tobacco production lines. In order to ensure the accuracy of the information transfer in such production process, and avoid brand error accident, the brand error prevention system is setup based on RFID. The production process of moving jar aromatizing and feeding is researched, the aromatizer information encoding and the read/write and check of relevant data are implemented using RFID and PLC technologies, On the basis of ensuring correctly access and transfer the brand code information, the check function of information is implemented. Having been put into service, it is found that the error brand prevention system can ensure the accuracy of aromatizing and feeding information, reduce the labor costs, and provide technical support for quality of products. The system possesses certain promotional value.

Keywords：Cut tobacco production lineMoving jar fillingRadio frequency identification technologyAromatizing and feeding Brand error preventionAromatizer information

0引言

在煙草制絲生產線中，加香加料工序起著重要作用。廈門煙草工業有限責任公司建立了獨立的香料調制中心，通過移動罐方式進行加香加料。目前，國內煙草行業中類似方式是在香料調制中心將香料調制好后罐裝到移動罐內，然后配送到生產現場進行加香加料。對香料的監控采取料罐號和人工插牌號等人工識別方式來防止錯牌。近年來，射頻識別技術 (radio frequency identification，RFID)廣泛應用在煙草物流系統。RFID標簽存儲的唯一商品標志可以通過編碼存儲大量與物資相關的信息，借助于電子標簽識別及校驗技術保證配送的準確性[1]。與以往的接觸式識別方式相比，RFID技術無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預即可自動完成信息輸入和處理，并且具有體積小、信息容量大、操作方便快捷[2]、讀寫速度快等優點。隨著國家局打造數字化工廠概念的提出，RFID標簽廣泛應用在煙草制造企業供應鏈管理上[3]。香精香料配送方式的本質也是物流配送方式，即通過建立信息編碼，在香料調制中心將信息寫入香料移動罐上RFID電子標簽，并在相關加香加料點讀出RFID電子標簽信息，通過加香加料控制系統校驗方式進行確認，避免了人工確認的復雜性，降低了出錯率，保證安全生產。

1系統結構

基于RFID技術的加香加料防錯牌系統由信息系統和電子標簽讀寫校驗系統兩大部分組成，系統架構如圖1所示。信息系統主要由生產制造執行系統MES、制絲中控系統、香料調制中心中控系統三大部分組成。MES系統根據市場需求進行排產，將配香配料任務預發給香料調制中心中控系統，指揮香料中心電控系統與現場信息相結合，根據當前的生產任務進行香料調制。在完成香料配送的基礎上，MES將制絲生產線的加工任務發送給制絲中控系統，通過BATCH服務器將任務下發到對應加工工序電控系統上。電子標簽讀寫校驗系統主要由香料中心電控系統與制絲生產線電控系統組成。香料中心電控系統采用Siemens 416-3的PLC，通過443-1ADV與香料中控系統進行生產。當完成配香配料后，通過罐裝點讀寫設備將生產信息寫入對應的移動罐電子標簽。制絲電控系統采用Siemens 414-3的PLC，通過443-1ADV與制絲生產線中控系統進行生產信息交互。當執行生產任務時，通過加香加料點讀寫設備將移動罐對應的電子標簽信息讀出，并與在制品進行信息校驗。

圖1　系統架構圖

2關鍵技術實現

2.1　RFID工作頻率的確定

我們對市面上分別處于不同工作頻率(低頻、高頻和超高頻)的電子標簽及其讀寫設備進行了測試比較。125 kHz、13．56 MHz和915 MHz三個工作頻段的RFID硬件設備的測試結果如表1所示。從表1可以看出，13.56 MHz工作頻率的硬件在存儲容量、讀寫能力、穿透性能、識讀效果及形狀大小等方面更具優越性，因此，選定13．56 MHz作為本項目應用的工作頻率[4]。電子標簽選擇的型號為TW-R50-B128，選用固定式讀寫設備，其型號為TN-Q80-H1147。

表1　不同工作頻段RFID比較

2.2　RFID與PLC之間的通信

PLC作為一種高可靠性的控制裝置，與RFID進行數據通信，不但可以實現對每一個生產過程的控制與管理，而且可以提高自動化生產流水線的生產效率[5]。在煙草制絲線上，PLC已經被廣泛應用。利用PLC和RFID標簽實現信息傳輸，可以極大降低投入成本。RFID標簽存儲的唯一商品標志號可以通過編碼存儲與物資相關的信息[6]。

目前，流行的解決方法是雙方同時提供某種標準接口(如DeviceNet、ProfiBus等)進行通信，或者利用RFID系統提供的通信指令，通過串口通信的方式來實現[7]。如選用標準接口ProfiBus進行通信，選擇接口模塊的型號為TI-BL67-DPV0-4。PLC與RFID之間的硬件連接圖如圖2所示。

圖2PLC與RFID之間的硬件連接圖

Fig.2Hardware connections between PLC and RFID

2.3　程序的編寫

香料信息處理校驗過程如圖3所示。

圖3　香料信息處理及校驗流程圖

第一步，在香料調制中心的PLC中編寫RFID讀寫程序。首先，規劃電子標簽的數據結構UDT，并在PLC數據塊中設計用于存取電子標簽信息的空間。然后，編寫對電子標簽讀寫的程序塊FB (RFID read & write)。在存儲牌號信息時用牌號代碼進行儲存，牌號代碼和牌號名稱是一一對應的關系，用字母表示。例如：牌號七匹狼(藍)C線，牌號代碼為 QPL(L)C。代碼相對于牌號名稱，占用字節少，讀寫速度快，并且不易出錯。除了牌號代碼，電子標簽還可以儲存料液罐裝質量、現場試驗量等信息，方便料液信息的管理。

第二步，在加香加料的PLC中編寫RFID讀寫、判斷香料牌號信息是否一致，不一致時禁止加香加料的程序。首先，料罐運輸到現場后，用RFID讀取牌號代碼并存儲在RFID數據塊。然后把牌號代碼信息分別從Batch數據塊和RFID數據塊復制到加香加料PLC的同一個數據塊中。最后編寫牌號代碼比較程序，代碼一致時生產，不一致時禁止生產并產生報警。

第三步，采用VBA語言編寫香料牌號信息不一致時，操作界面上出現報警畫面的程序。程序代碼如下。

Public Function CheckCasingCode()

Dim CheckBit As Boolean

CheckBit = readvalue("Fix32.XMFIX.D1111_Casing_Alarm_Bit.F_CV")

∥讀取加料罐料號不一致的報警信息位

If CheckBit = True Then

∥如果報警位為1，則顯示報警

textAlarm.Visible = True

∥報警顯示

Else

textAlarm.Visible = flase

EndIf

End Function

3應用效果

系統投入運行后，為了驗證其可靠性，連續跟蹤3個月，每月100批用RFID讀取料液信息，并人為制造一些拉錯料罐的情況。

系統使用效果如表2所示。

表2　系統使用效果

當香料牌號與生產批次所需香料牌號一致時，正常生產；香料牌號與生產所需的牌號不一致時，系統能夠禁止設備運行并給出錯牌報警，禁止設備啟動和給出錯牌報警準確率達到100%。

4結束語

通過RFID技術在加香加料防錯牌系統中的應用，

保證了生產過程相關數據正確可靠及時的傳遞。控制系統自身具有自我判斷功能以后，減少了操作人員進行香料牌號管理的時間，提高了操作人員的工作效率，為保證產品質量提供了堅實的保障。

測試結果表明，系統具有功能強大、工作穩定和使用便捷等特點，能夠滿足對加香加料牌號管理工作的需要。同時，該系統為公司的高強度、大批量生產提供了堅實的保障，也為行業內的其他企業提供參照和技術支持。

參考文獻

[1] 胡文藝,曾維周,闞璦珂.基于輪詢機制的RFID讀卡系統的設計與實現[J].成都理工大學學報,2012(5):549-554.

[2] 劉玉娟,田春杰.基于學校RFID應用系統的研究[J].商品與質量：學術觀察，2011(10):73-76.

[3] 付永民,呂建華,黃夢菊.RFID在煙草制絲線的應用[J].硅谷，2010(23)：195-196.

[4] 胡文鋒,王玲玲,翁紹捷.RFID技術在高校實驗室設備管理中的應用[J].科技資訊，2011(32):33-34.

[5] 楊艷,徐世,許王偉.PLC與RFID控制器的無協議通信[J].電氣時代,2009(3):102-104.

[6] 李鈺靚,方柏楊，錢永安，等.基于Profibus的煙絲裝箱RFID應用控制系統[J].煙草科技，2011(12):14-16.

[7] 王佳婧,侯秀萍.基于層次自動機和模型檢測的UML狀態圖檢測方法[J].硅谷，2010(23)：178-179.

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201501019

修改稿收到日期：2014-06-17。